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感應(yīng)電能傳輸（Inductive Power Transfer, IPT）系統(tǒng)具有安全、便捷、美觀等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于消費電子產(chǎn)品、植入式醫(yī)療器件、電動汽車及軌道交通等領(lǐng)域。

自動導(dǎo)引車（Automated Guided Vehicle, AGV）因靈活性強、自動化程度高等優(yōu)點在物流倉庫、港口碼頭等場合具有廣闊的應(yīng)用。傳統(tǒng)插拔式AGV充電系統(tǒng)存在接觸火花、插拔繁瑣等問題，采用感應(yīng)電能傳輸技術(shù)的AGV感應(yīng)充電系統(tǒng)可避免這些問題。但AGV感應(yīng)充電系統(tǒng)屬于磁場松耦合系統(tǒng)，不可避免地會在空間中產(chǎn)生漏磁。漏磁威脅生物體健康，干擾電磁敏感設(shè)備正常工作。

國際非電離輻射防護委員會在《ICNIRP Guidelines 2010》導(dǎo)則中指出，一般公眾若暴露于工作頻率介于3kHz~10MHz的系統(tǒng)中，系統(tǒng)磁感應(yīng)強度應(yīng)低于27μT。為促進感應(yīng)電能傳輸技術(shù)在AGV充電系統(tǒng)中的應(yīng)用，解決系統(tǒng)存在的漏磁問題刻不容緩。

常見的漏磁屏蔽方法大致分為兩類：削弱輻射源漏磁與阻斷漏磁輻射路徑。削弱輻射源漏磁包括改變耦合線圈結(jié)構(gòu)，如采用BP線圈、DD線圈；改變耦合機構(gòu)形狀，如采用I型、S型磁心；分段供電；改變線圈電流相位。阻斷漏磁輻射路徑包括采用高磁導(dǎo)率材料屏蔽、高電導(dǎo)率材料屏蔽、線圈屏蔽等，其中采用線圈屏蔽因占用空間少、發(fā)熱量低、無需復(fù)雜控制等優(yōu)點得到廣泛研究。

目前，學(xué)者們主要從優(yōu)化線圈結(jié)構(gòu)參數(shù)、優(yōu)化線圈電氣參數(shù)等方面開展線圈屏蔽研究。但是相關(guān)學(xué)者研究的磁屏蔽目標(biāo)為空間中的點或二維平面，而三維空間磁屏蔽研究較為匱乏。

為解決目標(biāo)三維空間漏磁問題，保證系統(tǒng)目標(biāo)三維空間磁感應(yīng)強度滿足安全標(biāo)準(zhǔn)，西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院、國家軌道交通電氣化與自動化工程技術(shù)研究中心的研究人員潘帥帥、麥瑞坤、徐葉飛、謝兆杰、王竹林，在2022年第5期《電工技術(shù)學(xué)報》上撰文，基于無源屏蔽線圈，提出了一種降低目標(biāo)三維空間磁感應(yīng)強度最大值的屏蔽線圈等效電抗優(yōu)化方法。

該方法將目標(biāo)三維空間均勻劃分為若干目標(biāo)點（目標(biāo)點越多，優(yōu)化結(jié)果越精確，但耗時及成本也遞增），通過遍歷屏蔽線圈等效電抗使得所有的目標(biāo)點磁感應(yīng)強度最大值最低，此時屏蔽線圈等效電抗即最優(yōu)等效電抗。

圖 實驗樣機

研究人員首先對含屏蔽線圈的IPT系統(tǒng)電路及磁場進行理論分析及推導(dǎo)，進而將漏磁屏蔽研究轉(zhuǎn)換為屏蔽線圈等效電抗優(yōu)化研究；然后，采用所提出的屏蔽線圈等效電抗優(yōu)化方法確定屏蔽線圈最優(yōu)等效電抗，從而解決目標(biāo)三維空間漏磁問題。

為驗證所提方法的有效性，研究人員搭建了800W實驗樣機，分別測得屏蔽線圈取最優(yōu)等效電抗、非最優(yōu)等效電抗時目標(biāo)三維空間磁感應(yīng)強度，并與無屏蔽線圈時目標(biāo)三維空間磁感應(yīng)強度對比。結(jié)果表明，僅當(dāng)屏蔽線圈取最優(yōu)等效電抗時，目標(biāo)三維空間磁感應(yīng)強度滿足安全標(biāo)準(zhǔn)，且較無屏蔽線圈時最大值下降53.40%、平均值下降58.15%，系統(tǒng)效率僅下降0.31%。

本文編自2022年第5期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標(biāo)題為“自動導(dǎo)引車感應(yīng)充電系統(tǒng)目標(biāo)三維空間漏磁屏蔽”。論文第一作者為潘帥帥，1996年生，研究方向為無線電能傳輸技術(shù)。通訊作者為王竹林，1979年生，工程師，碩士，研究方向為無線電能傳輸技術(shù)及其應(yīng)用。本課題得到了無線供電及其應(yīng)用四川省青年科技創(chuàng)新研究團隊和磁浮列車感應(yīng)式非接觸供電系統(tǒng)基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究資助項目的支持。